李茂燕

摘 要：在目前工業(yè)生產(chǎn)中，汽輪機(jī)作為重要的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的機(jī)械設(shè)備。其中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的主要零部件，使得汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子安全性、可靠性、適用性以及可維修性特點(diǎn)受到人們的關(guān)注，促使關(guān)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障機(jī)理與診斷技術(shù)也在飛速發(fā)展。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中，發(fā)生的振動(dòng)信號是判斷汽輪機(jī)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，更是影響機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全與操作人員人身安全的因素，因此對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障分析及診斷的研究工作迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；轉(zhuǎn)子；運(yùn)行故障；分析與診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.035

受到工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽輪機(jī)機(jī)械設(shè)備也逐漸地走向成熟，如大型、自動(dòng)型以及連續(xù)型汽輪機(jī)屢見不鮮。隨著汽輪機(jī)機(jī)械設(shè)備的使用，不僅提升工業(yè)生產(chǎn)效率，還能有效地降低工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)成本的消耗以及人力資源的使用，但是在汽輪機(jī)大范圍運(yùn)用過程中，對其可靠性與安全性性能面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)大型產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，如在石油、化工以及電力行業(yè)中，均采用滿負(fù)荷與連續(xù)性生產(chǎn)模式，促使汽輪機(jī)成為重要的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。

1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障類型

在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中，振動(dòng)信號發(fā)生是轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的前提表現(xiàn)，對此應(yīng)在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中，對其振動(dòng)信號進(jìn)行準(zhǔn)確測量，為了更好地判斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障類型，對其進(jìn)行分類闡述。

振動(dòng)頻率：基頻振動(dòng)、倍頻振動(dòng)、整分?jǐn)?shù)基頻振動(dòng)、比例基頻振動(dòng)、超低基頻振動(dòng)以及超高基頻振動(dòng)；振幅方位：橫向振動(dòng)（水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)）、軸向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；振動(dòng)原因：轉(zhuǎn)子平衡度較差、軸系不對稱和零件松動(dòng)、摩擦（密封件摩擦、轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生的摩擦）、軸承損壞、軸承內(nèi)部油膜渦動(dòng)與油膜振動(dòng)、動(dòng)力和水力的影響、軸承剛度較差、電氣等；振動(dòng)部位：轉(zhuǎn)子和軸系振動(dòng)（軸頸、軸紋葉片）、軸承（油膜滑動(dòng)和波動(dòng)）、殼體振動(dòng)與軸承座振動(dòng)、基礎(chǔ)振動(dòng)（基座、工作臺(tái)、支架）、其他結(jié)構(gòu)振動(dòng)（閥門、閥桿、管道等）。

2 結(jié)合實(shí)際案例對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障及診斷進(jìn)行分析

某市煉油廠，利用延遲焦化裝置中采用汽輪機(jī)，其具體的汽輪機(jī)廠商為杭州汽輪機(jī)廠，類型為凝氣反動(dòng)式汽輪機(jī)，現(xiàn)采用ENTEK振動(dòng)檢測系統(tǒng)對汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷與監(jiān)測。其詳細(xì)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障診流程為：對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號信息進(jìn)行檢測和采集、分析與處理、傳輸、推理以及控制等。因?yàn)檎駝?dòng)信號檢測是判斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障的主要依據(jù)，振動(dòng)信號分析與處理工作是判斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子故障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳輸與推理是整體運(yùn)行故障判斷的核心，控制是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障診斷的最終目標(biāo)。同時(shí)在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝電渦流傳感器，將線纜與控制箱相連，控制箱自帶的振動(dòng)監(jiān)測模塊可完成高速度數(shù)字振動(dòng)信號的傳輸與處理工作，再使用以太網(wǎng)將信號處理結(jié)果上傳至上位機(jī)中，從而完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障的診斷工作。

2.1 對ENTEK振動(dòng)檢測系統(tǒng)的利用

在該煉油廠使用的ENTEK振動(dòng)檢測系統(tǒng)性能參數(shù)如下所示：型號：NK25/NK28/NK12.5；額定功率：1178KW、常規(guī)功率：1071KW；額定轉(zhuǎn)速：12176RPM、常規(guī)轉(zhuǎn)速：9132RPM-12785RPM；最大進(jìn)汽壓力：1.2MPa（a）、常規(guī)進(jìn)汽壓力：1MPa（a）；常規(guī)排汽壓力：0.012MPa（a）；最大進(jìn)汽溫度300攝氏度、常規(guī)進(jìn)汽溫度230攝氏度。

在ENTEK振動(dòng)檢測系統(tǒng)中，對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障的診斷，產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)直接送至XM模塊中，經(jīng)過以太網(wǎng)的傳輸，將信號傳輸至e monitor系統(tǒng)軟件內(nèi)部，在該軟件界面中，實(shí)現(xiàn)傳感器與信號數(shù)據(jù)的相接，使其成為振幅型數(shù)據(jù)，從而可知由e monitor系統(tǒng)軟件連接的采集器、監(jiān)測模塊以及保護(hù)監(jiān)測表共同組成具有共享能力的數(shù)據(jù)庫，其共享數(shù)據(jù)庫內(nèi)自主攜帶故障診斷工作，能夠依據(jù)實(shí)際需求，對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行故障類別進(jìn)行準(zhǔn)確定位，對此，操作人員以手動(dòng)輸送的方式，完成故障診斷報(bào)告的生成工作。

在此系統(tǒng)故障診斷環(huán)節(jié)中，由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)值超出限定值而產(chǎn)生的故障，則需對汽輪機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，同時(shí)加大對轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測工作，并對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行妥善控制。其中具體的汽輪機(jī)組振動(dòng)值如下表所示。在表1中可知，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在初始運(yùn)行期間，振動(dòng)值均以達(dá)到限定值范圍，但是由于難以在生產(chǎn)中對汽輪機(jī)進(jìn)行檢修。因此，采用轉(zhuǎn)子減速與狀態(tài)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行故障的診斷工作。

2.2 報(bào)警和故障診斷

在對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號數(shù)據(jù)分析過程中，應(yīng)利用事先采集的信號設(shè)置與之相對應(yīng)的報(bào)警界定，進(jìn)而才能在振動(dòng)值高出正常限定值時(shí)，及時(shí)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行故障類型進(jìn)行識別和分類，其詳細(xì)的振動(dòng)值高超報(bào)警流程為：輸定報(bào)警值界限——輸入采集數(shù)據(jù)限號——汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行——發(fā)生警報(bào)。首先，對轉(zhuǎn)子平衡度較差故障診斷：水平與垂直倍頻不平衡值均大于等于1、單倍頻振動(dòng)效果較為明顯；其次，轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷：4倍頻占據(jù)1倍頻20%以上、5倍頻與0.5倍頻占據(jù)1倍頻10%以上、2倍頻占據(jù)1倍頻50%以上、3倍頻占據(jù)1倍頻20%以上以及1倍頻在界定值以上；最后，油膜渦動(dòng)與油膜振動(dòng)故障診斷：0.5倍頻、1倍頻其幅值均在2.0以上。

3 結(jié)束語

總結(jié)上文，汽輪機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的機(jī)械設(shè)備，在結(jié)構(gòu)上具有復(fù)雜性以及特殊性的特點(diǎn)，促使其運(yùn)行故障發(fā)生率相對較高。因此關(guān)于汽輪機(jī)診斷機(jī)理與診斷方法研究工作具有較高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值。在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，產(chǎn)生平穩(wěn)與非平穩(wěn)振動(dòng)信號，其中涵蓋眾多汽輪機(jī)運(yùn)行特征，在汽輪機(jī)運(yùn)行故障診斷中，應(yīng)以振動(dòng)信號為依據(jù)，對其進(jìn)行詳細(xì)分析。

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